一种高密度锂离子电池极片的制备方法与流程

本发明涉及电池材料领域，具体地涉及一种高密度锂离子电池极片的制备方法。

背景技术：

锂离子电池是新一代绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于电话、笔记本电脑、电动工具等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，被人们认为是21世纪具有重要意义的高能技术产品。在电动汽车领域，对电池倍率放电性能和比能量要求很高。为了提高比能量，一般采用高密度、高容量的正负极材料进行极片制造。极片一般的制造工艺是：用正负极材料加上粘结剂、导电剂等添加剂，经过制浆、涂布、干燥、滚压、分切等工艺制成极片。如果想制造高比能量的电池，必须使极片的压实密度尽量增大。但是由于制浆过程中加入了低密度的导电剂(一般为高度分散的碳材料)，导电剂分布在正负极材料的颗粒之间，导致极片压实密度很难得到大幅度的提高。

目前行业内提高比能量主要的技术方法是提高材料的放电容量，但是有很多技术问题，例如循环性能下降。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种高密度的电池极片及其制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备方法，包括以下步骤:

(1)电池极片浸入含有有机碳源的液体中，真空下使电池极片吸附饱和；

(2)烘干极片后，在非氧化性气氛下热处理，使有机碳源裂解为碳，均匀包覆在极片表面及内部的正负极颗粒；

(3)降温即得。

步骤(1)所述的电池极片为经过涂布、干燥、滚压、分切好的常规电池极片。

步骤(1)所述有机碳源可以为糖类，醇类，所述液体的溶剂为可以溶解有机碳源的溶剂。糖类包括但不限于葡萄糖、蔗糖。醇类包括但不限于聚乙二醇，聚乙烯醇。

步骤(1)电池极片吸附有机碳源物质的量为电池极片质量的1％-5％，经过裂解处理后，裂解残留碳的质量为电池极片质量的0.1％-1％。

步骤(1)真空为0.001-0.01Mpa真空度。

步骤(2)所述烘干是指80-120℃下烘干。

步骤(2)所述热处理是指300-500℃下热处理1-3h，使吸附的有机碳源裂解为碳，均匀包覆极片表面及内部。

上述制备方法制得的电池极片属于本发明的保护范围。

含有上述电池极片的电池也属于本发明的保护范围。

本发明提供了上述方法制得的电池极片在制备锂离子电池中的应用。

本发明提供了上述制备方法在制备锂离子电池中的应用。

本发明是将电池极片在没有低密度导电剂的情况下通过吸附有机碳源，将极片的压实密度提高到最大，可以提高5％-20％的极片压实密度，相应的使锂离子电池增加5％-20％的体积比能量。本发明方法操作简单，制得的电池极片压实密度高，电化学性能稳定、优良。

附图说明

图1为经过本发明处理的磷酸铁锂正极极片SEM照片。

图2为本发明实施例1的放电对比图。其中1为本发明改进后的放电曲线，2为原有的放电曲线。

图3为本发明实施例2的放电对比图。其中1为本发明改进后的放电曲线，2为原有的放电曲线。

图4为本发明实施例3的放电对比图。其中1为本发明改进后的放电曲线，2为原有的放电曲线。

具体实施方式

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1高密度锂离子电池极片的制备方法(1)

将按照传统工艺制造的磷酸铁锂18650电池(3.2V-1500mAh)负极极片(大约含有负极材料5.3g，无导电剂)，浸入含有10％质量分数的葡萄糖水溶液中，在0.001MPa真空度下使极片吸附饱和。每片极片上的葡萄糖吸附量53mg，为极片上负极材料质量的1％。将极片在80℃烘干去除水分后，在氮气气氛下500℃进行热处理1h，使有机碳源裂解为碳(质量约为5.3mg)，均匀包覆在极片表面及内部的正负极颗粒上。降温到室温，取出极片，得到经过导电处理的高压实极片，处理后得到的磷酸铁锂正极极片SEM图见图1。

经过测量，同样容量的18650电池负极极片，厚度由102um减少到88um，单电池使用的极片长度由76mm增加到83mm，使电池的放电容量由原有的1550mAh提高1771mAh。体积比能量提高了10％。对比图见图2。

实施例2高密度锂离子电池极片的制备方法(2)

将按照传统工艺制造的三元18650电池(3.6V-2200mAh)正极极片(大约含有正极材料15g，无导电剂)，浸入含有10％质量分数的聚乙二醇-乙醇溶液中，在0.01MPa真空度下使极片吸附饱和。每片极片上的聚乙二醇吸附量750mg，为极片上负极材料质量的5％。将极片在120℃烘干去除乙醇后，在氩气气氛下300℃进行热处理2h，使有机碳源裂解为碳(约为0.15g)，均匀包覆在极片表面及内部的正负极颗粒上。降温到室温，取出极片，得到经过导电处理的高压实极片。

经过测量，同样容量的18650电池正极极片，厚度由原先设计的152um减少到138um，单电池使用的极片长度由85mm增加到99mm，使电池的放电容量由原有的2250mAh提高2610mAh。体积比能量提高了15％。对比图见图3所示。

实施例3高密度锂离子电池极片的制备方法(3)

将按照传统工艺制造的锰酸锂14500电池(3.7V-350mAh)正极极片(大约含有正极材料锰酸锂3.5g，无导电剂)，浸入含有10％质量分数的聚乙二醇-乙醇溶液中，在0.005MPa真空度下使极片吸附饱和。每片极片上的聚乙二醇吸附量70mg，为极片上负极材料质量的2％。再将按照传统工艺制造的锰酸锂14500电池(3.7V-350mAh)负极极片(大约含有负极材料1.75g，无导电剂)，浸入含有20％质量分数的聚乙烯醇-水溶液中，在0.005MPa真空度下使极片吸附饱和。每片极片上的聚乙二醇吸附量35mg，为极片上负极材料质量的2％。

将以上极片在120℃烘干去除溶剂后，在氩气气氛下450℃进行热处理2h，使有机碳源裂解为碳，均匀包覆在极片表面及内部的正负极颗粒上。降温到室温，取出极片，得到经过导电处理的高压实极片。

同样面密度的14500电池正极极片，厚度减少了15％。负极极片厚度减少了10％。如果达到电池钢壳内部同样的填充率，极片长度可以增加。经过实际测量，正负极极片长度增加了12％，电池的放电容量由原来的370mAh提高到427mAh，体积比能量提高了14％。对比图见图4所示。